Погода в Москве из Норвегии

Шаровая и чёточная молния



Смотреть в формате PDF .

"Шаровая и чёточная молния" под ред. Барри

1.1. Молния

Молния-одно из самых удивительных явлений природы, которое на протяжении тысячелетий поражало воображение людей. Однако науч¬ное исследование молнии началось лишь около двух столетий назад, когда д'Ллибар во Франции (в 1752 г.) и Франклин в Америке положили начало эре электричества, заложив основы нашего современного «элек¬тронного общества». Обсуждение этих ранних экспериментов можно найти в сообщениях «из первых рук» [686, 1893, 1894]. Изучение молнии развивалось от наблюдений и умозрительных рассуждений к теоретиче-ским и экспериментальным работам, основанным на теории электро-магнетизма и физике плазмы. По мнению многих исследователей. в на-стоящее время физика нормальной молнии хорошо понята. При этом, разумеется, остаются открытыми для исследования многочисленные детали.

Характеристики, физика и происхождение атмосферного электриче-ства обсуждаются во многих книгах [300, 352, 495, 496, 665, 901, 902, 905, 1585, 1842, 532, 1830]. Тема очень интересна, и я рекомендую читателю обратиться к более старым трудам, с тем чтобы полнее ощутить про¬цесс развития представлений и оценить достигнутые успехи. В книге [1830] молния определяется как нестационарный сильно- точный электрический разряд, длина пути которого обычно исчисляется километрами. Согласно измерениям [1206], разряд молнии переносит в среднем заряд от 140 до 250 Кл. Полная длительность разряда мол¬нии порядка 0.2 с. а средний ток может достигать тысячи ампер. Разряды молний возникают в воздухе при условиях, когда электри-ческое поле, обусловленное накоплением заряда в локализованном объеме, становится достаточно сильным, чтобы вызвать ионизацию и пробой воздуха. Возможны разряды молнии между облаком и землей, между двумя облаками, внутри облака, между облаком и открытым пространством и просто в открытом пространстве. Фактически разряд между облаком и землей состоит из нескольких перемежающихся раз-рядов, вслед за которыми следует разряд между землей и облаком.

 

Обычно полный разряд молнии, который длится сотни миллисекунд, называют вспышкой.Часто вспышка состоит из множества элементарных разрядов, или импульсов, которые продолжаются десятки миллисекунд и следуют друг за другом с интервалом примерно 40-50 мс.В свою очередь импульсы инициируются разрядами меньшего масштаба -лидерами. Канал разряда между облаком и землей, возникновение которого предшествует обратному импульсу, носит название ступенчатого лидера. Ступенчатый лидер распространяется вниз со скоростью порядка 105 м/с в виде последовательности коротких разрядов, следующих друг за другом с интервалами примерно 50 мкс. Ступенчатый лидер, вызывая на своем пути увеличение локальной степени ионизации, тем самым создает канал для прохождения обратного импульса.

Обратный импульс возникает при условии, когда значение электрического поля вблизи земли становится настолько высоким, что оказывается возможным движение зарядов вверх. Обратный импульс представляет собой фронт волны, обладающий высокой ионизующей способностью и переносящий потенциал земли по пути определенному ступенчатым лидером. Обратный, импульс создает канал с высокой степенью ионизации, так что область между волновым фронтом и землей пронизывается-большими токами. Обратный импульс, движущийся вверх со скоростью, равной 1/3-1/2 скорости света, обуславливает свечение канала молнии.

 Распад канала молнии происходит после прекращения протекания токов и снижения степени ионизации в канале до значений, характерных для нормального воздуха. Однако движение зарядов в облаке может привести к возникновению дополнительных разрядов вдоль пути, определенного прохождением обратного импульса. Этим вторичным разрядам, распространяющимся по ранее возникшему каналу, предшествует разряд, называемый стреловидным лидером, который увеличивает степень ионизации канала и облегчает прохождение другого сильноточного обратного импульса. Поскольку стреловидный лидер движется по предварительно ионизованному каналу, скорость его распространения, составляющая около 2 * 106 м/с, превышает скорость ступенчатого лидера. Стреловидный и ступенчатый лидеры различаются также и по внешнему виду. Поскольку стреловидный лидер не должен искать для себя ионизованный путь, он не ветвится в отличие от ступенчатого лидера. Если после прекращения тока в начальном канале проходит время порядка 100 мс или больше, то может образоваться стреловидно-ступенчатый лидер, поскольку происшедшее за это время снижение степени ионизации в канале замыкает образованный ранее канал. Физические процессы в ионизованном канале исследовались, например, в работе [1092].

В последующих разделах книги будут использоваться такие термины, как «импульс», «ступенчатый лидер», «стреловидный лидер», «канал ионизации». По мнению некоторых исследователей, различные явления, в том числе шаровая молния и неточная молния, могут возникать при определенных условиях в результате уменьшения степени ионизации в распадающемся канале. Образование этих явлений связывают с местами деформации канала, где имеется остаточная ионизация, или с действием разрядов, проходящих вдоль распадающегося канала аналогично разряду молнии в открытом пространстве, или с редкими проявлениями аномального поведения канала молнии, природа которых в настоящее время не установлена.

Этот краткий обзор явления молнии не отражает реальной сложности объекта и его различных физических свойств. Более полный анализ может быть найден в цитированных выше работах. В литературе в качестве отдельных вопросов обсуждаются также различные аспекты разряда молнии.